《理论力学》课程教学改革探讨

2013-02-19陈震

江汉大学学报（自然科学版） 2013年2期

陈震

（江汉大学机电与建筑工程学院，湖北武汉 430056）

《理论力学》是研究物体机械运动一般规律的学科，其教学内容是系统介绍静力学、运动学和动力学3 部分的基本概念、基本原理以及解决工程中力学问题的基本方法［1］。《理论力学》是江汉大学机械设计制造及其自动化、材料成型及控制工程、汽车服务工程等专业的核心技术基础课程。它不仅为《材料力学》、《机械原理》、《机械设计》等后续课程的学习打下基础，同时也是一门与工程实际联系紧密的课程。《理论力学》是江汉大学机械类专业学生学习的第一门专业基础课程，在基础课和专业课之间起承前启后的作用。该课程的主要特点是理论体系严谨、应用性较强、并具有高度的抽象性和概括性，定理、公式、基本概念较多，有一定难度、不易学。其课程任务不仅是为了后继课程的需要，更深层的意义在于科学素质的培养［2］。为了适应当今科技发展趋势和高校工科专业对应用型人才培养的要求，笔者结合教学实践，对《理论力学》课程的教学现状进行了分析，并对其教学改革的理念与具体实施方案进行了探讨。

1 教学现状及存在的问题

目前，我国高校改革与国际接轨，办学理念出现了很大的调整。从精英教育到大众教育，教学目标日益综合化，要求培养全面发展的面向市场的人才；教学方法不断进步，重视教材的改革与研究，重视教学活动的优化设计；教学媒体日益现代化，教学手段逐步多样化。在这种形势下，《理论力学》的教学面临着巨大的挑战。

笔者从近几年《理论力学》课程的教学现状中归纳出江汉大学《理论力学》目前存在的问题。

1）《理论力学》课程教学学时压缩，有效授课时间缩短。这必然造成习题课、实验课的缩减甚至取消，每一节课的信息量比以往大，这样对教师教的能力和学生学的能力都提出了更高的要求。其次，为了有效地完成教学任务，多媒体教学已有全面取代板书教学的趋势。但是多媒体课件在进行定理推导，公式证明以及解题范例过程时，常常使学生感到枯燥，学生思想不易集中，有时跟不上节奏，教学效果大打折扣［3］。

2）现行《理论力学》教材中存在理论与实际脱节的问题。课本上大部分的实例都是抽象过来的力学简图，例题和习题较理想化、学术化。对没有学习机械原理、机械设计等课程的学生来说，由于大都没有见过实物，又没有实物录像，因而学习起来比较抽象、不易接受，很难把教材中的力学模型与实际结构或构件联系起来。由于缺乏一定的工程背景，学生难以理解学习的目的和意义。这样既不利于激发学生的学习兴趣，也不利于培养学生分析和解决问题的能力，从而使得初学者真正掌握并灵活应用力学知识非常困难。

3）学生普遍感觉听课易懂，习题难做。对学生而言，《理论力学》静力学部分的不少概念在中学物理中就已经学过，听起课来不难接受，但等到自己独立做题时就感觉力不从心、相当费时，有时一下手就错。

4）学生作业经常出现抄袭现象。为了保证和检验教学效果，学生在每节《理论力学》课后必须完成一定量的习题。在教学过程中，总能发现有些学生平时作业完成得不错，但一到考试成绩就不理想的现象。其原因就是这些学生的作业经常从习题辅导书或其他学生处抄袭，并没有真正掌握和领会解题方法和技巧，只是为了应付老师检查和获得较高的平时成绩。

5）学生学习方法未能及时转变。据笔者调查，学生中仅有小部分能做到有效的课前预习，大部分学生的学习方法还没有脱离高中基本上依赖于教师讲解的模式。还有些学生不注重听课，上课时埋头看书；少数学生上习题课时不愿意动笔。这些都会影响听课效率，使得学习效果不理想。

6）学生学完课程后，感到内容繁杂，理不出头绪。学生在学完每一章节的内容时一般能根据本章的知识点和求解方法、工具来完成对应的课后习题，但当学习完一个阶段或全部内容后，对知识点的归纳和综合应用显得力不从心，对各种原理、理论的应用范围和方法混淆，有时甚至无从下手。

7）靠期末突击应付考试的现象较常见。一些学生学习目的不明确，对于课程知识点掌握不牢又不重视平时对知识的积累和学习，往往课前不预习、上课不认真听讲、课后不复习，既不钻研教材，也不查阅参考资料，等到考试前临时抱佛脚，甚至把过多的时间和精力放在套题、猜题上。

8）教学中未重视与后续专业课程的联系。不少学生没有在平时的学习中逐步建立解决工程中力学问题的思维方式和方法，而是应考完不久就基本将所学内容遗忘，以至于到后续专业课程的学习阶段遇到具体工程问题时无法将实际问题与相应的力学模型相对应并计算求解，从而影响了专业课程的学习效果。

以上《理论力学》课程教学中存在的问题造成这门课程的考试不及格率长期居高不下，也使得教学质量受到一定的影响。

2 课程体系和教学改革的必要性

2.1 高校教学改革的需要

教育部“高等学校本科教育质量与教学改革工程”具有重要意义。它与“卓越工程师教育培养计划”相配合，对深化教学改革、全面提高高等教育质量，增强21 世纪工程人才的核心竞争力具有指导和建设作用。在此背景下，《理论力学》作为高等院校工程类相关专业一门极为重要的专业基础课，其课程教学改革具有重要价值。

2.2 高质量工程人才培养的需要

随着我国市场经济快速发展，行业内的竞争不断增强，用人单位对毕业生更加注重其实际能力和综合能力。要培养面向地方和行业的“学以致用、全面发展”的高质量工程技术人才，其教学应以综合实践能力的培养为中心，以实践能力培养的系统性代替知识培养的系统性［4］。《理论力学》课程的教学也应围绕这一培养目标，让学生逐步建立科学的思维方式和学习方法、不断增强创新意识，着重于培养学生以下各方面的能力：

1）对各种工程对象正确建立力学模型的能力；

2）利用《理论力学》的基本概念来判断、分析工程实际中结果正确与否的能力；

3）利用《理论力学》的基本原理和方法来解决实际工程问题的能力；

4）提高自学与钻研能力、计算能力、动手能力和创新能力。

2.3 课程教学自身发展的需要

针对前述《理论力学》课程教学中的现状与存在的问题，为了完善目前的教学状况，增强学生的学习兴趣，让学生进一步明确课程的学习目的，培养良好的学习方法，增强学生的综合能力，促进教师教学能力的提升，进一步提高教学质量，对《理论力学》课程体系和教学进行改革是十分必要的。

3 教学改革的理念和方案

3.1 改革的理念

培养具备机械类工程的基本理论知识和技能，能解决工程实际力学问题，掌握科学的思维方式，具有创新精神和创造能力的高素质工程应用型人才是江汉大学《理论力学》课程的教学宗旨。因此，在教学中不仅要传授知识，更要注重自学能力、分析并解决力学问题的能力、工程实践能力、创新能力的培养。要让学生对力学的基本概念、基本理论、基本方法有较深入的理解，并且能将其灵活应用于实际。在力学理论知识的传授过程中，有意识地培养学生严谨缜密的逻辑思维能力，并启发和建立创新型思维，从而提高学生分析实际工程问题的能力。同时也帮助学生形成良好的大学学习方法，为后续的专业课程的学习打下坚实的力学基础。

充分利用各种教学资源和手段为学生学习积极地创造条件，让学生的自主性、创造性、能动性得以发挥，使学生不再是知识的被动接收者，而转变为主动参与者和积极探索者。从学生刚开始学习力学时就注重培养专业的工程概念和科学的思维方式。在此过程中要把握理论知识与工程实际密切联系的特点，尽可能让学生了解所学力学问题的工程背景，增强学生应用理论知识来分析和解决工程实际问题的主动意识。

3.2 具体的实施方案

根据教学改革的理念，针对江汉大学《理论力学》课程教学的上述问题，笔者认为可以从课程的教学指导思想、教学内容、教学手段、教学方法及考核体系5 个方面着手进行改革。

3.2.1 教学指导思想改革由单纯的传授知识转变为加强能力与素质培养、教书育人。注重学习方法、思维方式的培养和工程中力学概念的建立，注重与后续相关课程的联系，注重在专业领域中的应用。争取更多的学生达到教学基本要求，增强综合能力，使学有余力的学生能有更大的提升。

3.2.2 教学内容改革根据江汉大学机械类各专业教学大纲的着力点、内容安排以及江汉大学机械类专业学生的学习能力，合理分配各部分的学时数、优化教学内容、精选例题与习题、突出重点和难点。对学生已经有一定基础和在大学物理中已经学过的内容简略复习，重点讲解新的、重要的、和工程实际结合紧密的、应用性强的知识点。在例题和习题的取舍上，注意理论与实际的结合。题目不宜过于抽象化、模型化，而应与身边的力学问题或生产实践紧密结合，给学生留出充分的想象空间，引导学生积极思考。同时，教师要注重学习和借鉴国内各级精品课程的优点和长处，吸收国外此类课程的教学方法和模式，不断开拓视野并学习、体会、揣摩课堂教学的相关技巧，通过对比发现自身的不足，及时调整授课的方法和节奏。

在对理论部分讲解时应重视逻辑演绎，以培养学生严谨的科学思维方式，同时注重课程知识的工程应用；在教学中应注重体现专业学科的主题，在每一主题教学中注意培养学生一个或几个单项技能，通过各单项技能的培养来促进学生分析问题、解决问题能力的提高［5］。

此外，在《理论力学》例题和习题讲解中，教师要不断提出新问题，让学生自己去解决问题，总结规律，这样既可以发挥学生的潜力，让其获得成功学习的乐趣，也能有效地提高教学效果。

3.2.3 教学手段改革应充分利用多媒体教学，注重其与传统教学方式的结合，合理利用网络教学。

收集、制作丰富的多媒体课件，利用现代化的教学手段把文字、图像、声音、动画有机结合起来，使力学分析形象直观。交叉使用教具、视频录像、平面媒体进行教学，让学生在轻松愉快的气氛中对知识进行理解和掌握，使教和学的活动变得丰富多彩。这种方式不但能提高学生的学习兴趣，还增强了学生理论联系工程实际的主动性。充分发挥多媒体课件教学传授信息量大、图文形象具体、理论公式清晰规范、便于展现运动过程的特点；穿插板书讲解，将传统教学方式与多媒体教学有机结合起来，使两者在教学中实现优势互补，发挥其各自的特长，力争取得最佳的教学效果［6］。

充分利用互联网的教学资源，向学生推荐网络上《理论力学》精品课程的视频，作为课堂教学的补充。可以建立《理论力学》学习辅导专用QQ群，向学生提供各种《理论力学》学习资料，包括：预习指导大纲、课堂教学课件、章节知识点归纳、习题解答等，以帮助学生自学，提高自学能力。为了巩固课堂知识、增强课后复习和练习的效果、及时解决学生学习过程中的疑惑，除了课间答疑外，还可以在网上及时解答学生在预习、听课、复习及作业中的各种问题。

3.2.4 教学方法改革 1）逻辑性思维与发散式思维方法并重。在《理论力学》课程教学中要注重对学生逻辑性思维训练的同时，也必须注意发散性思维的培养。通过讲解有代表性、针对性强的例题，并采用一题多解，引导学生全方位、多角度思维，拓宽解题思路，提高解题能力，深化力学概念［6］。

2）理论联系实际。《理论力学》教材中的例题和习题所选用的图形其实是实物简化后的力学模型，很多学生都不能根据示意图了解其表达的实物原型。因此要引导学生平时注意观察身边的各种力学现象，帮助学生在工程问题和力学模型间建立联系。在理论联系实际的教学过程中，教师要将知识传授、工程意识、能力培养相结合，重点培养学生的工程意识。教师也要寻找机会积极参加一些工程项目，多阅读与工程实际相关的书籍，在教学过程中让学生了解《理论力学》在工程实践中的应用［7］。

3）启发式、引导式教学。启发式教学的关键是适时地提出问题，让学生带着问题去思考和分析，并引导学生学会总结规律，用科学的思维方法来分析力学问题。在上课前编写好各章节自学指导大纲，提前通过QQ 群发给学生，以帮助学生有效完成课前预习，让学生的学习走在教师授课的前面。对于比较简单的内容，可以引导学生带着问题自学，课堂只需小结式的讲解；对定理的推导和证明不做过多讲解，只说明方法；对于重点难点内容，可以让学生在预习的基础上，带着自己的疑问有目的地在课堂上听老师精讲、细讲；对例题的讲解重在方法和思路而不是详尽的解答过程。在课堂上可以适时引入与讲授内容相关的工程上的一些重要成果或重大事故以吸引学生注意力。另外，还可以针对所讲内容留一些与生活相关的思考题，让学生在课外思考，并得到一些结论。要让学生感到力学并不再是一些枯燥的概念和理论，而是活生生的现实［8］。

4）互动式、讨论式教学。为了调动学生学习的积极性、激发学生的学习兴趣、增强学习效果，在课堂上适时地采用老师提问学生回答以及学生互相交流、老师参与的方式，达到教与学的互动，使教学气氛变得活跃，发挥学生学习的主观能动性。师生之间、学生之间通过围绕所出现的问题相互交流，发挥群体的促进作用，来增强学生参与学习活动的主动性，进而培养学生的合作和创新意识。在讨论式教学过程中，为保证讨论顺利进行，教师要设计好讨论的内容，并及时、灵活地处理在讨论过程中出现的各种具体情况，最后通过总结性的发言，让学生能进一步理解、深化和拓宽所学内容。在讨论过程中，要注意学生的发言能否抓住问题的关键和实质，及时发现学生思维中存在的问题并纠正。教师的发言要富有启发性、引导性和综合性，并且要控制好时间［9］。

在每一章节的作业全部批改完成后，根据作业完成情况，在课堂上随机选取学生，要求其上讲台讲解解题方法和思路并进行评价。一方面检查学生是否独立完成作业，另一方面可针对出现的问题进行及时解决。

5）尝试研究型教学方法。研究型教学方法是近几年才开始探讨应用的，但已经初步认识到这一教学方法的适用对象、使用条件，其在实际教学中发挥了很好的作用［10］。对江汉大学机械类专业的学生，可以尝试在部分章节采用研究型教学方法。引导学生观察身边的生活和工程现象，将其简化并建立力学模型；还可以鼓励学有余力的同学尝试运用MATLAB 等软件对常见的力学模型进行编程并制作运动动画。

6）鼓励学生参加周培源全国大学生力学竞赛和教师的科研项目。全国周培源大学生力学竞赛为教育部委托主办的大学生科技活动，目的在于培养人才、服务教学、促进高等学校力学基础课程的改革与建设。其有助于高等学校实施素质教育，培养大学生动手能力、创新能力和团队协作精神；有助于增进大学生学习力学的兴趣，吸引、鼓励学生踊跃参加课外科技活动；有助于发现和选拔力学创新的后继人才。对江汉大学力学学习优秀的学生，鼓励他们积极参加，教师认真指导。

对有科研项目特别是工程类项目的教师，可以在授课时适时讲授相关的力学知识是如何运用到项目中的，并且鼓励优秀的学生参与其中。还可以引入学科前沿知识，以开阔学生的视野。

3.2.5 考核体系改革考核评估是保证教学质量的重要手段。采取综合评定的考核体系，考核内容应包括期末闭卷考试和平时成绩相结合的方式。扩展、扩充平时成绩的考核内容，加强平时成绩的监督及考核。既考核学生对基本知识和其应用的掌握情况，也促进学生去思考、去研究、去创新，培养主动学习的好习惯并形成良好的学习方法。

1）期末闭卷考试。主要考核学生对基本概念、基本公式、基本原理的掌握程度和综合应用能力，即学生对基本知识的掌握程度和解题能力。考题内容涵盖大纲中所要求掌握的各知识点，难度合适。

2）平时成绩。平时成绩可以从以下几方面考核：

①出勤率、迟到情况。可以采用课间签到的方式经常性检查，以此来督促学生按时到课。

②课堂表现及课后的提问。主要根据学生参加课堂讨论、发言以及平时的提问情况评分。旨在鼓励学生在课堂上积极发言、课后积极提问，督促学生独立、认真地完成学习任务。

③作业完成及掌握情况。根据学生完成作业的数量和质量进行考核。每章作业批改后，根据完成情况，通过课堂或课间提问的方式，随机抽查学生对作业内容的理解和掌握情况，以督促学生独立思考，按时保质保量地完成课后作业。

④课程小论文［7，9］。课程小论文可以是学生对所学知识的归纳总结和自己的心得，也可以是对一些工程实际或自然现象问题结合相应力学知识进行的探讨和分析。主要是检查学生对理论知识掌握程度和应用理论解决实际问题的综合能力。

采用多方面考查综合评定的考核体系，既可考核学生对基本知识的掌握程度，又可考核学生的应用能力，有利于引导学生去思考、去研究、去创新，培养主动学习的好习惯。